Zentrifugalkraft und Fliehkraft
Die Zentrifugalkraft – umgangssprachlich Fliehkraft – ist eine Trägheitskraft (Scheinkraft), die nur im mitrotierenden Bezugssystem auftritt. Wenn du im Karussell sitzt, spürst du, wie du nach außen gedrückt wirst. Diese Kraft existiert jedoch nur aus deiner Perspektive.
Die Formel lautet: F = m · ω² · r, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit ist. Mit der Drehzahl n (U/min) gilt: ω = 2π · n/60. Die Kraft steigt quadratisch mit der Drehzahl – doppelte Drehzahl bedeutet vierfache Fliehkraft.
Zentrifugalkraft vs. Zentripetalkraft
Zentripetalkraft und Zentrifugalkraftsind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet. Die Zentripetalkraft ist die reale Kraft zum Mittelpunkt (z.B. Seilspannung, Reibung). Die Zentrifugalkraft ist die Gegenkraft im rotierenden System.
Vom ruhenden Beobachter aus gesehen gibt es keine Zentrifugalkraft. Der Körper möchte aufgrund seiner Trägheit geradeaus fliegen und wird nur durch die Zentripetalkraft auf der Kreisbahn gehalten.
RCF und g-Faktor bei Zentrifugen
In Laboren verwendet man den RCF-Wert(Relative Centrifugal Force) statt der Drehzahl, um Zentrifugierprotokolle zu standardisieren. Der RCF gibt an, wie viel mal stärker die Beschleunigung als die Erdbeschleunigung ist.
Die Umrechnung: RCF = 1,118 × 10⁻⁵ × n² × r(n in U/min, r in cm). Bei 10.000 U/min und 10 cm Radius wirkt etwa 11.180 × g – das 11.180-fache der normalen Schwerkraft. So lassen sich Zellen, Proteine oder DNA effektiv trennen.
Anwendungen der Fliehkraft
Wäscheschleuder: Das Wasser wird nach außen gedrückt und durch die Löcher der Trommel entfernt.Zentrifuge: Trennung von Blutbestandteilen, DNA-Extraktion, Urananreicherung.
Karussell und Achterbahn: Die Fliehkraft presst die Fahrgäste nach außen. Fliehkraftregler:Reguliert die Drehzahl von Dampfmaschinen automatisch.